(57)【要約】【課題】  配線容量の減少、リーク電流の減少、配線材料のドリフト・拡散を効果的に防止でき、高品質・高性能な半導体装置を提供することである。【解決手段】  基板上に絶縁膜２を設ける第１絶縁膜成膜工程と、  前記第１絶縁膜成膜工程で成膜された絶縁膜２上にキャップ膜を設けるキャップ膜成膜工程と、  前記キャップ膜成膜工程の後、前記絶縁膜２に配線用溝３を形成する配線用溝形成工程と、  前記配線用溝形成工程の後、前記配線用溝３にメタルバリア膜４を設けるメタルバリア膜形成工程と、  前記メタルバリア膜形成工程の後、配線用溝３に配線材料５を充填する配線膜形成工程と、  前記配線膜形成工程の後、前記キャップ膜を除去するキャップ膜除去工程と、  前記キャップ膜除去工程の後、有機系塗料を塗布してバリア膜６を設ける有機バリア膜成膜工程と、  前記有機バリア膜成膜工程の後、絶縁膜７を設ける第２絶縁膜成膜工程とを具備する半導体装置の製造方法。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に絶縁膜を設ける第１絶縁膜成膜工程と、
前記第１絶縁膜成膜工程で成膜された絶縁膜上にキャップ膜を設けるキャップ膜成膜工程と、
前記キャップ膜成膜工程の後、前記絶縁膜に配線用溝を形成する配線用溝形成工程と、
前記配線用溝形成工程の後、前記配線用溝にメタルバリア膜を設けるメタルバリア膜形成工程と、
前記メタルバリア膜形成工程の後、配線用溝に配線材料を充填する配線膜形成工程と、
前記配線膜形成工程の後、前記キャップ膜を除去するキャップ膜除去工程と、
前記キャップ膜除去工程の後、有機系塗料を塗布してバリア膜を設ける有機バリア膜成膜工程と、
前記有機バリア膜成膜工程の後、絶縁膜を設ける第２絶縁膜成膜工程
とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
配線材料がＣｕであることを特徴とする請求項１の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
キャップ膜除去工程は、ウェットエッチング、ドライエツチング、アッシング、又は溶媒による除去の技術によって行われることを特徴とする請求項１又は請求項２の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
有機バリア膜は、比誘電率が３．５以下のＣｕ拡散防止機能を有する樹脂からなることを特徴とする請求項１〜請求項３いずれかの半導体装置の製造方法。
【請求項５】
有機バリア膜は、比誘電率が３．５以下のＮ含有樹脂からなることを特徴とする請求項１〜請求項４いずれかの半導体装置の製造方法。
【請求項６】
有機バリア膜は、比誘電率が３．５以下で、Ｎ含有量が５〜２５原子％の樹脂からなることを特徴とする請求項１〜請求項５いずれかの半導体装置の製造方法。
【請求項７】
有機バリア膜は、ポリベンゾオキサゾール、ポリシラザン、及びポリイミドの群の中から選ばれる少なくとも一つからなることを特徴とする請求項１〜請求項６いずれかの半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の製造方法に関する。特に、配線間リーク電流が低減し、更にはＴＤＤＢ特性が向上した半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、ＣｕはＡｌ，Ｗに比べて低抵抗であることから、半導体装置における配線材料はＡｌ，ＷからＣｕに移って来ている。しかしながら、ＡｌやＷと比べて、Ｃｕは、絶縁膜であるシリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）中に拡散し易い特徴が有る。従って、Ｃｕ配線間の電界により、絶縁膜−Ｃｕ拡散バリア膜（絶縁膜）界面においては、Ｃｕの拡散を如何に抑制するかが重要である。
【０００３】
又、今日のダマシン法によるＣｕ配線形成技術においては、
（１）  ＣＭＰ（化学機械研磨）時にマイクロスクラッチが出来るだけ起きないようにすること、
（２）  ＣＭＰ後の洗浄不足に起因するＣｕ配線膜上面とＣｕ拡散防止バリア膜（絶縁膜）との界面にＣｕ残渣が出来るだけ残留しないようにすること
が重要である。
【０００４】
そして、従来から、絶縁膜−Ｃｕ拡散バリア膜（絶縁膜）界面におけるＣｕの拡散を抑制する為、各種の技術が提案されている。
【０００５】
例えば、絶縁膜とＣｕ拡散バリア膜（絶縁膜）との密着性を向上させることによって、Ｃｕの拡散を抑制することが提案されている。すなわち、ＣＭＰ後に、Ｃｕ配線膜上面やＣｕ拡散バリア膜（絶縁膜）上面にＮＨ3ガスのプラズマ処理を施すことにより、密着性を向上させると共に、Ｃｕをイオン化させない構造のものとし、Ｃｕが拡散し難くすることが提案（特開２００１−５３０７６）されている。
【０００６】
又、絶縁膜−Ｃｕ拡散バリア膜（絶縁膜）界面におけるＣｕのドリフト・拡散を防止する為、又、Ｃｕ配線内の電流（電子の衝突）によるＣｕ原子の移動（エレクトロマイグレーション：ＥＭ）を防止する為、Ｗ−ＣＶＤを用いることによってＣｕ配線膜の上面にＷキャップを設けたり、無電解メッキを用いることによってＣｕ配線膜の上面にＣｏＷＢ，ＣｏＷＰキャップを設ける技術も提案（T,SAITO et al）されている。
【０００７】
又、ＣＭＰによって出来たマイクロスクラッチによる配線ショートについては次の手法が提案されている。すなわち、ＣＭＰ後に、ハロゲンガスを用いたプラズマ処理によって、マイクロスクラッチが発生した絶縁膜上面を軽く削り取る技術が提案（特開平１０−５６０１４）されている。
【特許文献１】特開２００１−５３０７６
【特許文献２】特開平１０−５６０１４
【非特許文献１】T,Saito et al,IEEE TRANSACTIONS ONELECTRONDEVICES                              ,vol.51,pp2129-2135,2004
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記第１の提案（特許文献１）の技術では、絶縁膜−Ｃｕ拡散バリア膜（絶縁膜）界面におけるＣｕの残渣が除去できない。従って、界面に残されたＣｕのドリフト・拡散の問題が残されたままである。
【０００９】
上記第２の提案（非特許文献１）の技術は、絶縁膜−Ｃｕ拡散バリア膜（絶縁膜）界面におけるＣｕの残渣が除去できない。従って、界面に残されたＣｕのドリフト・拡散の問題が残されたままである。更には、Ｃｕ配線膜の絶縁膜部分にＣｕの残渣が残留していた場合、絶縁膜部分にもキャップ膜が形成されてしまい、配線ショートが発生する。この為、所望の選択性を得る為には、絶縁膜表面の十分な清浄化と管理とが必要であり、実用化の上では問題が有る。
【００１０】
上記第３の提案（特許文献２）の技術では、機械的にスクラッチ溝内に押し込まれたＣｕが除去出来ない。更には、Ｃｕとハロゲンとの反応性は弱い。従って、それ程の効果が期待できない。かつ、仮に、Ｃｕとハロゲンとが反応したとしても、蒸気圧は低く、気化し難いので、表面に残ってしまう。
【００１１】
すなわち、従来の技術では、Ｃｕ配線膜形成に際して、ＣＭＰ後のＣｕ残渣の問題、ＣＭＰ時のスクラッチによる配線耐圧低下の問題が有る。
【００１２】
又、Ｃｕ拡散防止の為に、ＳｉＣＮ等のＣｕ拡散バリア膜（絶縁膜）が用いられているが、この場合には誘電率が高くなり、配線容量の増大をもたらす。
【００１３】
又、配線膜とＣｕ拡散バリア膜（絶縁膜）との界面におけるリーク電流が多い。又、低誘電率膜とキャップ膜との間の界面も有り、これ等の界面におけるリーク電流も多い。すなわち、無機膜と無機膜との界面が多く、リーク電流が多い。
【００１４】
従って、本発明が解決しようとする課題は、上記の問題点を解決することである。特に、配線容量の減少、リーク電流の減少、配線材料のドリフト・拡散を効果的に防止でき、高品質・高性能な半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記の課題は、基板上に絶縁膜を設ける第１絶縁膜成膜工程と、
前記第１絶縁膜成膜工程で成膜された絶縁膜上にキャップ膜を設けるキャップ膜成膜工程と、
前記キャップ膜成膜工程の後、前記絶縁膜に配線用溝を形成する配線用溝形成工程と、
前記配線用溝形成工程の後、前記配線用溝にメタルバリア膜を設けるメタルバリア膜形成工程と、
前記メタルバリア膜形成工程の後、配線用溝に配線材料を充填する配線膜形成工程と、
前記配線膜形成工程の後、前記キャップ膜を除去するキャップ膜除去工程と、
前記キャップ膜除去工程の後、有機系塗料を塗布してバリア膜を設ける有機バリア膜成膜工程と、
前記有機バリア膜成膜工程の後、絶縁膜を設ける第２絶縁膜成膜工程
とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法によって解決される。
【００１６】
上記本発明において、配線材料は、特に、Ｃｕである。有機バリア膜を構成する材料は、比誘電率が３．５以下のＣｕ拡散防止機能を有する樹脂である。特に、Ｎ含有樹脂である。更には、Ｎ含有量が５〜２５原子％の樹脂である。例えば、ポリベンゾオキサゾール、ポリシラザン、及びポリイミドの群の中から選ばれる少なくとも一つである。
【００１７】
上記本発明において、キャップ膜除去工程は、ウェットエッチング、ドライエツチング、アッシング、又は溶媒による除去の技術によって行われる。すなわち、従来から良く用いられて来た熟練技術によって簡単に行なえる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、例えばＣＭＰ後にＣＭＰキャップ膜を除去し、即ち、ＣＭＰ後でもＣｕが残っていたり、ＣＭＰによって出来たスクラッチの付いたＣＭＰキャップ膜を除去し、そしてＣｕ配線膜の上面に、新たに、塗布系有機バリア膜を設けるようにした。尚、ＣＭＰキャップ膜は、選択ＣＶＤや選択メッキ等の制御性に乏しい技術と異なり、従来から用いられて来たウェットエッチング、ドライエツチング、アッシング、又は溶媒による除去の技術によって簡単に除去できる。従って、簡単な製造技術を用いて製造できるから、信頼性の高い半導体装置を簡単に得ることが出来る。又、Ｃｕによる汚染部は除去されることから、残留Ｃｕの拡散に起因するリーク電流は大幅に低減する。かつ、Ｃｕ配線膜の上面は、比誘電率が３．５以下のＣｕ拡散防止機能を有する樹脂、特に、Ｎ含有量が５〜２５原子％の樹脂、例えばポリベンゾオキサゾール、ポリシラザン、又はポリイミドの塗膜で覆われているから、Ｃｕの拡散も効果的に防止される。
【００１９】
そして、本発明では、ＳｉＣＮ等のＣｕ拡散バリア膜（絶縁膜）が不要である。従って、誘電率の増大を防止できる。
【００２０】
更には、絶縁膜−Ｃｕ拡散バリア膜（絶縁膜）の界面が無く、従ってリーク電流も少なくなる。又、ＴＤＤＢ特性の向上も期待できる。
【００２１】
又、本発明では、配線膜層の上に有機塗料を塗布して塗膜を設けるので、平坦性が高いものとなる。その結果、上層において、リソグラフィ技術を用いる場合、平坦化されていることから、リソグラフィマージンが確保される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１〜図３は、本発明になる半導体装置の製造方法の工程図である。
【００２３】
尚、本発明の理解を一層容易なものとする為、従来の半導体装置の概略を図４に示す。図４中、１１はＳｉ基板上に設けられたエッチング停止膜、１２はエッチング停止膜１１上に設けられたポーラス状の低誘電率絶縁膜、１３は低誘電率絶縁膜１２上に設けられたＣＭＰキャップ膜、１４は低誘電率絶縁膜１２及びＣＭＰキャップ膜１３に形成された凹条溝の壁面に薄く形成されたメタルバリア膜、１５はメタルバリア膜１４上の凹条溝内に充填されたＣｕ配線膜、１６はＣＭＰキャップ膜１３及びＣｕ配線膜１５上に設けられたＣｕ拡散バリア膜（絶縁膜）、１７はＣｕ拡散バリア膜（絶縁膜）上に設けられた層間絶縁膜である。
【００２４】
本実施形態の半導体装置は、図３と図４との対比から判る通り、ＣＭＰキャップ膜１３及びＣｕ拡散バリア膜（絶縁膜）１６が設けられていない点に特徴が有る。
【００２５】
このような特徴の半導体装置は、次のようにして得られる。
すなわち、先ず、図１に示される如く、Ｓｉ基板上にエッチング停止膜１が設けられる。そして、エッチング停止膜１上に、ポーラス状の低誘電率絶縁膜２が設けられる。更に、低誘電率絶縁膜２上にＣＭＰキャップ膜（図示せず）が設けられる。この後、フォトリソグラフィー技術を用いて、所定パターンの配線用凹溝３を、ＣＭＰキャップ膜および低誘電率絶縁膜２に対して形成する。次いで、配線用凹溝３の溝内表面に所定厚さのメタルバリア膜４を形成する。この後、配線用凹溝３のメタルバリア膜４上にＣｕを充填し、Ｃｕ配線膜５を形成する。尚、この工程までは、従来と同様に行うことが出来る。
【００２６】
そして、Ｃｕ配線膜５を形成した後、ウェットエッチング、ドライエッチング、アッシング、或いは有機溶剤による除去と言った材料に適した手法を用いて、ＣＭＰキャップ膜を除去する（図１参照）。
【００２７】
ＣＭＰキャップ膜を除去した後、図２に示される通り、比誘電率が３のポリベンゾオキサゾールを含む塗料をスピンコーティングで塗布し、そして硬化処理し、Ｃｕ拡散防止機能を有する有機バリア塗膜６を設ける。従って、図２からも判る通り、Ｃｕ配線膜５は、その周囲がメタルバリア膜４と有機バリア塗膜６とによって完全に覆われている。よって、Ｃｕのドリフト・拡散が効果的に防止される。そして、ＥＭ耐性の改善が得られる。又、従来用いられていたＣｕ拡散バリア膜（絶縁膜）が不要になる。
【００２８】
この後、図３に示される通り、ポーラス状の低誘電率絶縁膜２と同材質のポーラス状の低誘電率絶縁膜７を設ける。
【００２９】
上記のように構成させた半導体装置は、図３からも判る通り、Ｃｕ配線膜５は、その周囲がＣｕ拡散防止機能を有する有機バリア塗膜６とメタルバリア膜４とによって完全に覆われている。よって、Ｃｕのドリフト・拡散が効果的に防止される。そして、ＥＭ耐性の改善が得られる。又、従来用いられていたＣｕ拡散バリア膜（絶縁膜）が不要になる。
【００３０】
そして、上記のようにして得られた半導体装置は、Ｃｕ配線膜５の周囲が有機バリア塗膜６とメタルバリア膜４によって完全に覆われているから、配線間リーク電流の減少、ＴＤＤＢ特性が向上する。因みに、図５に示される通り、リーク電流は低減している。
【００３１】
そして、ＣＭＰ後のＣｕ残渣（残留物）が無い。かつ、ＣＭＰによってＣＭＰキャップ膜にスクラッチが出来たとしても、ＣＭＰキャップ膜は除去されることから、スクラッチに起因した問題は完全に解決される。
【００３２】
更には、一般的には誘電率が高いＣＭＰキャップ膜やＣｕ拡散バリア膜（絶縁膜）が無いことから、誘電率の増大を防止でき、実効誘電率は低下し、配線間容量が低下し、配線遅延の問題も改善される。
【００３３】
又、本発明では、有機バリア塗膜６が塗布手段で設けられたので、層の平坦性が高いものとなる。その結果、上層において、リソグラフィ技術を用いる場合、平坦化されていることから、リソグラフィ解像マージン及び露光裕度（ＤＯＦ）のマージンが確保される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明になる半導体装置の製造工程における断面図
【図２】本発明になる半導体装置の製造工程における断面図
【図３】本発明になる半導体装置の特徴を示す断面図
【図４】従来の半導体装置の断面図
【図５】本発明の特長を示すグラフ
【符号の説明】
【００３５】
１          エッチング停止膜
２，７      ポーラス状低誘電率絶縁膜
３          配線用凹溝
４          メタルバリア膜
５          Ｃｕ配線膜
６          有機バリア塗膜
代  理  人  宇  高  克  己
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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